Высокоэффективные лазеры с поверхностным излучением с вертикальным резонатором (VCSEL), изготовленные методом осаждения из паровой фазы и способные работать с длиной волны 1300 нм, стали на шаг ближе к реальности благодаря исследованиям, проведенным в Университете Лихай и Университете Висконсина. Мэдисон.
Нельсон Тансу, 26 лет, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники в Лихай, и Люк Дж. Мост, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники в Висконсине, сообщили о наилучших пороговых значениях на сегодняшний день для ближнего инфракрасного диапазона (с длина волны излучения 1300 нм), лазеры на арсениде-нитриде индия-галлия (InGaAsN), излучающие из квантовой ямы.
Исследователи опубликовали свои выводы в двух недавних выпусках Applied Physics Letters (APL) - 7 июля и 29 сентября.
Группа Тансу также сообщила о наилучших пороговых значениях для лазеров ближнего инфракрасного диапазона с квантовыми ямами (КЯ), работающих в непрерывном режиме при температурах до 100 градусов по Цельсию.
Первая статья APL называлась «Высокоэффективные и высокотемпературные лазеры InGaAsN непрерывного действия с квантовыми ямами на длине волны 1300 нм методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений».
Целью работы Тансу является использование металлоорганического химического осаждения из паровой фазы (MOCVD) для разработки лазеров и передовых составных полупроводниковых наноструктур для оптоэлектронных устройств. Он также стремится объединить эти полупроводниковые наноструктуры с фотонными кристаллами (искусственными структурами с периодичностью определенных оптических свойств) для создания новых оптоэлектронных устройств. Его работа находит применение в оптической связи, устройствах среднего инфракрасного диапазона, связи в свободном пространстве, источниках видимого света, информационных науках и биохимическом обнаружении.
Критерии для высокоэффективных лазеров, говорит Тансу, включают низкий рабочий ток, высокую эффективность, способность работать на высоких скоростях в диапазоне температур (от комнатной температуры до 100 градусов по Цельсию) и способность для работы при высоких температурах без необходимости использования дорогостоящей дополнительной электроники для поддержания термостабильности.
Одним из типов лазеров, с которыми работает Tansu, являются высокопроизводительные VCSEL или лазеры с поверхностным излучением с вертикальным резонатором, которые дешевы в производстве и работают при низком токе. VCSEL используются в системах связи ближнего действия, которые работают на длине волны 850 нм, обеспечивают дальность передачи около 200-500 метров и обычно используются в университетских городках, офисах, жилых комплексах и подобных местах..
Достижения группы Тансу могут привести к производству недорогих и высокопроизводительных 1300-нм VCSEL со скоростью передачи 10 гигабайт в секунду. Группа Тансу является одной из первых, кто реализовал высокопроизводительные квантовые ямы InGaAsN ближнего инфракрасного диапазона с использованием технологии MOCVD, которая является предпочтительной технологией для производства VCSEL в производстве. Лазеры ближнего инфракрасного диапазона, работающие с длиной волны 1300 нм, обеспечивают дальность передачи от 20 до 100 километров и также называются городскими оптическими сетями, поскольку они могут соединять города, находящиеся в непосредственной близости.
Группа добилась своего прорыва, используя InGaAsN, новый лазерный материал, также известный как разбавленный нитрид, на подложке из арсенида галлия вместо традиционного подхода, основанного на технологии фосфида индия.
«Используя разбавленный нитрид, выращенный на основе арсенида галлия, - говорит Тансу, - гораздо проще изготавливать высокопроизводительные отражатели, которые имеют решающее значение для получения высокопроизводительных VCSEL. Мы достигли этого с помощью MOCVD., который также известен как MOVPE [металлоорганическая парофазная эпитаксия]."
Работы Тансу представляют собой первую реализацию выращенных с помощью MOCVD высокоэффективных 1300-нм лазеров на разбавленных нитридах в непрерывном режиме (CW), а не в импульсных условиях, и с лучшими характеристиками, чем те, которые достигаются с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии..(Немецкая исследовательская группа ранее продемонстрировала этот тип высокоэффективного лазера с молекулярно-лучевой эпитаксией.) Непрерывное излучение является практически необходимым условием для использования лазеров в реальных приложениях; импульсные режимы обычно используются на ранних стадиях экспериментов.
Лазеры в системе Тансу излучают из квантовой ямы толщиной 6 нм, которая выращена на слое полупроводниковой наноструктуры из разбавленного нитрида с использованием метода компенсации деформации.
В целом Тансу опубликовал 11 статей в журналах и на конференциях с тех пор, как 1 июля поступил на факультет Лихай.
Другие статьи были опубликованы в нескольких APL, IEEE's Journal of Quantum Electronics, IEEE's Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Proceedings of the 16th IEEE Laser and Electro Optics Society Annual Meeting (2003) и других журналах и материалы конференций. Тансу также пригласили написать обзорную статью о физике и устройствах лазеров на разбавленных нитридах для выпуска журнала IOP Physics: Condensed Matter Physics в 2004 году.
10 октября Тансу появилась на обложке GATRA, второго по распространенности еженедельного новостного журнала в Индонезии (население 250 миллионов человек), где родился и вырос Тансу. В статье описаны пять индонезийцев, которые работают профессорами университетов за пределами Индонезии.